DE10217950B4

DE10217950B4 - Method for determining a coating thickness

Info

Publication number: DE10217950B4
Application number: DE10217950A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Pröhl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217950A1

Abstract

Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird, wobei die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung, nämlich die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech während eines Umformprozesses des Blechs, bestimmt wird.Method for contactless determination of a coating thickness of a coating, which is first exposed to irradiation with laser light and then detects the fluorescence emitted by the excitation of one of the coating fluorescent light emitted and from the coating thickness is determined, wherein the coating thickness of a running dry lubricant coating, namely the coating thickness of wax on a sheet during a forming process of the sheet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird.The The invention relates to a method for the contactless determination of a laydown a coating that initially exposed to irradiation with laser light and then the by the excitation of a fluorescent agent added to the coating detects emitted fluorescent light and determines the coating thickness becomes.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der GB 2 349 210 A bekannt, welche die berührungslose Bestimmung einer Stärke einer Wachsschicht auf einem Material beschreibt. Dabei wird kein Blech erwähnt. Weiterhin erfolgt die Messung der Stärke nicht während des Umformprozesses.Such a method is for example from the GB 2 349 210 A which describes the non-contact determination of a thickness of a wax layer on a material. No sheet is mentioned. Furthermore, the measurement of the starch does not take place during the forming process.

Die WO 01/25347 A1 offenbart die berührungslose Bestimmung der Stärke einer Schicht eines Schmierstoffs auf einem Blech. Dabei wird jedoch kein Wachs erwähnt. Weiterhin erfolg die Messung der Stärke nicht während des Umformprozesses, sondern vor der Umformung.The WO 01/25347 A1 discloses the non-contact determination of the thickness of a layer of lubricant on a sheet. However, no wax is mentioned. Furthermore, the measurement of the starch does not succeed during the forming process, but before the forming.

Durch die DE 29 07 620 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dicke durchsichtiger, dünner Schichten, insbesondere von Schmierstoff-Filmen auf ruhenden oder bewegten Oberflächen, bekannt. Der zu untersuchenden Schicht wird vor dem Aufbringen auf die Oberfläche ein insbesondere lösliches oder suspendierbares Fluoreszenzmittel zugesetzt. Anschließend wird die Schicht durch eine die Fluoreszenz anregende Lichtstrahlung beleuchtet und die Intensität der von der Schicht erzeugten Fluoreszenzstrahlung als Maß der Schichtstärke ermittelt.By the DE 29 07 620 A1 For example, there is known a method and apparatus for measuring the thickness of transparent, thin layers, particularly lubricating films on quiescent or moving surfaces. Before being applied to the surface, a particularly soluble or suspendible fluorescence agent is added to the layer to be examined. Subsequently, the layer is illuminated by a light radiation exciting the fluorescence and the intensity of the fluorescence radiation generated by the layer is determined as a measure of the layer thickness.

Weiterhin bezieht sich die DE 196 36 042 A1 auf ein Verfahren zur Bestimmung der Tiefenausdehnung von Verteilungen fluoreszierender Stoffe, die aus unterschiedlichen Einfallswinkeln zur Fluoreszenz angeregt werden. Als Anwendungsbeispiel wird darin die Bestimmung der Beschichtungsstärke von fluoreszierenden Lackschichten genannt.Furthermore, the refers DE 196 36 042 A1 to a method for determining the depth extension of distributions of fluorescers excited to fluoresce from different angles of incidence. As an application example, the determination of the coating thickness of fluorescent lacquer layers is mentioned therein.

Durch die DE 41 06 313 A1 ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Beschichtungsstärke eines Fluides, insbesondere einer Feuchtmittelschichtdicke bekannt, bei der dem Fluid ein Fluoreszenzmittel in bestimmter Konzentration zugegeben und zur Fluoreszenz angeregt wird. Die Fluoreszenzstrahlung wird detektiert und deren Intensität als Maß für die Beschichtungsstärke herangezogen.By the DE 41 06 313 A1 There is also known a method and a device for determining the coating thickness of a fluid, in particular a dampening layer thickness, in which a fluorescence agent in a specific concentration is added to the fluid and excited to fluorescence. The fluorescence radiation is detected and its intensity used as a measure of the coating thickness.

Außerdem beschreibt die US 49 56 558 A ein Verfahren zur Bestimmung der Beschichtungsstärke eines dünnen Films eines Materials durch Erfassung des Fluoreszenzlichtes, während das Material der Strahlung einer Energiequelle ausgesetzt wird. Die Menge des Fluoreszenzlichtes wird als Maß für die Beschichtungsstärke herangezogen. Hierdurch kann beispielsweise die Dicke einer Ölschicht gemessen werden.In addition, the describes US 49 56 558 A a method of determining the coverage of a thin film of a material by detecting the fluorescent light while exposing the material to radiation from an energy source. The amount of fluorescent light is used as a measure of the coating thickness. As a result, for example, the thickness of an oil layer can be measured.

Ferner zeigt auch die EP 03 42 979 A2 bereits ein optisches Sensorsystem, bei dem das Fluoreszenzlicht, welches von einem Objekt abgegeben wird, gemessen wird.Further shows also the EP 03 42 979 A2 already an optical sensor system in which the fluorescent light emitted by an object is measured.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass dadurch die Einsatzmöglichkeiten in der Praxis wesentlich erweitert werden. Weiterhin soll ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Stoff geschaffen werden.In front In this background, the invention is based on the object Method of the type mentioned in such a way that thereby the employment possibilities be significantly expanded in practice. Furthermore, a to execution the process appropriate substance are created.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.These Task is solved with a method according to the features of the claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung einer Beschichtungsstärke einer Beschichtung vorgesehen, die zunächst einer Bestrahlung mit Laserlicht ausgesetzt und anschließend das durch die Anregung von einem der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzmittel emittierte Fluoreszenzlicht erfasst und daraus die Beschichtungsstärke ermittelt wird, wobei die Beschichtungsstärke einer als Trockenschmierstoff ausgeführten Beschichtung, nämlich die Beschichtungsstärke von Wachs auf einem Blech während eines Umformprozesses des Blechs, bestimmt wird. Hierdurch wird es erstmals möglich, die Beschichtungsstärke von Trockenschmierstoff zuverlässig zu bestimmen, ohne dass hierzu die genaue Kenntnis der Art und Beschaffenheit oder der spezifischen Eigenschaften des Trockenschmierstoffs erforderlich ist. Hierzu wird der aromatische Kohlenwasserstoffanteil des zugesetzten Fluoreszenzmittels von der Laserstrahlung zur Fluoreszenz angeregt, indem dieses zunächst die Energie aufnimmt und in Form der Fluoreszenz in einem von dem Laserlicht unterscheidbaren Wellenlängenbereich abstrahlt. Die Fluoreszenz richtet sich nach der Konzentration bzw. der Schichtdicke des bestrahlten Trockenschmierstoffs. Auf diese Weise kann eine automatische Überwachung der gewünschten Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffs erreicht werden, die zu einer erhöhten Qualität des Fertigungsprozesses speziell bei der Umformung von Karosseriebauteilen führt. Unter der Bezeichnung „Trockenschmierstoff” sind dabei solche Schmierstoffe zu verstehen, die in ihrer flüssigen Phase aufgetragen werden und deren beispielsweise durch Wasser gegebenes Lösungsmittel sich nach dem Auftragen verflüchtigt. Hierdurch wird ein zu null werdendes Abtropf- bzw. Ablaufverhalten erreicht. Das Verfahren ist dabei insbesondere auch dann einsetzbar, wenn die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffs gleich null ist, um so beispielsweise das rückstandsfreie Entfernen der Schmierstoffschicht erfassen und überwachen zu können. Die Beschichtungsstärke von Wachs ist für die Einstellung der Parameter beim Umformungsprozess von entscheidender Bedeutung. Durch die so erreichbare, einheitliche und reproduzierbare Schichtdicke des Wachses können daher die Bauteilqualität wesentlich erhöht und die Fertigungskosten gesenkt werden. Als Wachse werden dabei alle natürlichen oder künstlichen Stoffe verstanden, die bei Raumtemperatur fest oder verformbar sind, oberhalb von ca. 40°C, gegebenenfalls erst bei deutlich höheren Temperaturen jedoch schmelzen. Dadurch, dass die Beschichtungsstärke während eines Umformprozesses des Blechs bestimmt wird, können mögliche Veränderung der Beschichtungsstärke während des Umformungsprozesses erfasst und die gegebenenfalls erforderliche Anpassung der Beschichtungsstärke unmittelbar anschließend vorgenommen werden. Hierdurch können einheitliche Parameter während des gesamten Umformprozesses zuverlässig eingehalten und so der Steuerungsaufwand vermindert werden.According to the invention, therefore, a method is provided for contactless determination of a coating thickness of a coating, which is first exposed to irradiation with laser light and then detects the fluorescence emitted by the excitation of one of the fluorescent coating added fluorescent light and from the coating thickness is determined, the coating thickness of running as a dry lubricant Coating, namely the coating thickness of wax on a metal sheet during a forming process of the sheet, is determined. This makes it possible for the first time to reliably determine the coating thickness of dry lubricant, without requiring the exact knowledge of the type and nature or the specific properties of the dry lubricant is required. For this purpose, the aromatic hydrocarbon fraction of the added fluorescence agent is excited by the laser radiation to fluoresce by this first absorbs the energy and radiates in the form of fluorescence in a distinguishable from the laser light wavelength range. The fluorescence depends on the concentration or the layer thickness of the irradiated dry lubricant. In this way, an automatic monitoring of the desired coating thickness of the dry lubricant can be achieved, which leads to an increased quality of the manufacturing process, especially in the molding of body parts. The term "dry lubricant" is to be understood as meaning those lubricants which are applied in their liquid phase and whose solvent, for example given by water, volatilizes after application. As a result, a draining or drainage behavior that is becoming zero is achieved. The method is in particular then one settable, if the coating thickness of the dry lubricant is zero, so as to be able to detect and monitor, for example, the residue-free removal of the lubricant layer. The coating thickness of wax is of crucial importance for the adjustment of the parameters during the forming process. Due to the achievable, uniform and reproducible layer thickness of the wax, therefore, the quality of the component can be substantially increased and the production costs can be reduced. Waxes are understood to be all natural or artificial substances which are solid or deformable at room temperature, above about 40 ° C., but may melt only at significantly higher temperatures. The fact that the coating thickness is determined during a forming process of the sheet, possible change in the coating thickness can be detected during the forming process and the optionally required adjustment of the coating thickness can be made immediately thereafter. As a result, uniform parameters can be reliably maintained during the entire forming process and thus the control effort can be reduced.

Eine andere ebenfalls besonders erfolgversprechende Ausgestaltung des Verfahrens wird auch geschaffen, indem die Beschichtungsstärke des Trockenschmierstoffes auf einer Aluminiumoberfläche bestimmt wird. Hierdurch wird die in der Praxis hinsichtlich der Einhaltung vorbestimmter Parameter besonders anspruchsvolle Umformung von Aluminium wesentlich erleichtert, wenn dabei die Beschichtungsstärke des insbesondere durch Wachs oder wachsähnliche Substanzen gegebenen Trockenschmierstoffes in engen Toleranzbereichen einstellbar ist.A other likewise particularly promising embodiment of the Process is also created by the coating thickness of the Dry lubricant is determined on an aluminum surface. hereby is the practice in terms of compliance predetermined Parameter particularly demanding forming of aluminum essential facilitates, if doing the coating thickness of the particular by Wax or wax-like Substances of given dry lubricant in narrow tolerance ranges is adjustable.

Als besonders praxisnah hat es sich auch erwiesen, wenn das Fluoreszenzlicht während des Aufbringens der Beschichtung erfasst und die daraus bestimmte Beschichtungsstärke mittels der Steuereinheit in eine Korrekturgröße umgesetzt wird, um auf diese Weise unmittelbar in einen laufenden Fertigungsprozess korrigierend eingreifen zu können.When It has also proved to be particularly practical when the fluorescent light while the application of the coating detected and the determined laydown is converted by the control unit into a correction quantity in order to this Correct way directly into an ongoing manufacturing process to be able to intervene.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Intensität des emittierten Fluoreszenzlichtes gemessen wird. Die Intensität der Fluoreszenz richtet sich nach der Konzentration bzw. der Schichtdicke der bestrahlten Beschichtung. Daher wird eine erhöhte Intensität bei einer großen Beschichtungsstärke erfasst. Neben der Intensität des Fluoreszenzlichtes kann auch der zugeordnete Wellenlängenbereich bzw. die Wellenlängencharakteristik erfasst werden, um daraus eine eindeutige Identifikation der Beschichtung ableiten zu können. Eine unbemerkte Verwendung einer unerwünschten Beschichtung wird dabei zugleich ausgeschlossen.there It is particularly advantageous if the intensity of the emitted fluorescent light is measured. The intensity the fluorescence depends on the concentration or the layer thickness the irradiated coating. Therefore, an increased intensity at a huge laydown detected. In addition to the intensity of the fluorescent light can also be the associated wavelength range or the wavelength characteristic be detected in order to obtain a clear identification of the coating to derive. An unnoticed use of an undesirable coating is thereby excluded at the same time.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass das Fluoreszenzlicht mittels einer CCD-Kamera erfasst wird. Hierdurch kann die Intensität des Fluoreszenzlichtes zuverlässig erfaßt und der Steuereinheit zugeführt werden.A especially cheap Embodiment of Invention is also provided by the fact that the fluorescent light is detected by a CCD camera. This allows the intensity of the fluorescent light reliable detected and supplied to the control unit become.

Hingegen ist die Durchführung des Verfahrens dann besonders günstig, wenn das Laserlicht mittels einer Laserdiode erzeugt wird, die in handelsüblicher Ausführung kostengünstig bezogen werden kann und lediglich einen geringen Bauraum erfordert.On the other hand is the implementation the process then particularly favorable, when the laser light is generated by means of a laser diode, which in commercial execution economical can be obtained and only requires a small space.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe Invention leaves different embodiments to. To further clarify its basic principle is one of them shown in the drawing and will be described below. These shows in

1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a schematic diagram of the method according to the invention;

2 ein Meßergebnis des Fluoreszenzlichtes. 2 a measurement result of the fluorescent light.

1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einer Prinzipskizze. Dargestellt ist eine Laserlichtquelle 1, deren Anregungslicht 2 auf eine Beschichtung 3 eines Werkstückes 4 trifft. Die von der Beschichtung 3 aufgenommene Energie wird unmittelbar in Form eines Fluoreszenzlichtes 5, welches sich durch eine in 2 dargestellte Phasenverschiebung von dem Anregungslicht 2 deutlich unterscheidet, abgegeben. Das Fluoreszenzlicht 5 wird durch einen mit einer Steuereinheit 6 verbundenen Sensor erfaßt und daraus eine Beschichtungsstärke 7 der beispielsweise durch einen Ölfilm gegebenen Beschichtung 3 bestimmt. 1 shows the inventive method in a schematic diagram. Shown is a laser light source 1 , their excitation light 2 on a coating 3 a workpiece 4 meets. The of the coating 3 absorbed energy is directly in the form of a fluorescent light 5 , which is characterized by an in 2 shown phase shift of the excitation light 2 clearly differentiated. The fluorescent light 5 is through one with a control unit 6 connected sensor detected and from this a coating thickness 7 the example given by an oil film coating 3 certainly.

Ein solches Meßergebnis wird anhand der 2 näher beschrieben. Zu erkennen ist zunächst das Anregungslicht 2, dessen Intensitätsmaximum 8 nicht nur das Intensitätsmaximum 9 des Fluoreszenzlichtes 5 übertrifft, sondern auch durch einen abweichenden Wellenlängenbereich problemlos unterscheidbar ist. Aus dem Intensitätsmaximum 9 kann dabei die in 1 dargestellte Beschichtungsstärke 7 abgeleitet werden, während die Verteilung über den Wellenlängenbereich zur Identifikation der in 1 dargestellten Beschichtung 3 herangezogen werden kann.Such a measurement result is based on the 2 described in more detail. First, the excitation light can be seen 2 , its intensity maximum 8th not just the intensity maximum 9 of the fluorescent light 5 exceeds, but also easily distinguishable by a different wavelength range. From the intensity maximum 9 can do the in 1 illustrated coating thickness 7 while the distribution over the wavelength range for identification of the in 1 shown coating 3 can be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: LaserlichtquelleLaser light source
22: Anregungslichtexcitation light
33: Beschichtungcoating
44: Werkstückworkpiece
55: Fluoreszenzlichtfluorescent light
66: Steuereinheitcontrol unit
77: Beschichtungsstärkelaydown
88th: Intensitätsmaximumintensity maximum
99: Intensitätsmaximumintensity maximum

Claims

Method for the contactless determination of a laydown a coating that initially exposed to irradiation with laser light and then the by the excitation of a fluorescent agent added to the coating Detected fluorescent light and determines the coating thickness is, the coverage a coating designed as a dry lubricant, namely the Coating thickness of Wax on a sheet while a forming process of the sheet, is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the coating thickness of the dry lubricant on an aluminum surface becomes.

Process according to claims 1 or 2, characterized that the fluorescent light during the application of the coating detected and the determined laydown is converted by the control unit into a correction quantity.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the intensity of the emitted fluorescent light is measured.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the fluorescent light by means of a CCD camera is detected.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the laser light by means of a laser diode is produced.